DE102006051151A1 - Method of forming multi-layer bumps on a substrate - Google Patents

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DE102006051151A1
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hump
substrate
forming
melting
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DE102006051151A
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German (de)
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Hei Ming Shiu
On Lok Chau
Gor Amie Lai
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NXP USA Inc
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Freescale Semiconductor Inc
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Publication date
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Abstract

Ein Verfahren zum Ausbilden mehrschichtiger Höcker auf einem Substrat umfasst Aufbringen eines ersten Metallpulvers auf dem Substrat und selektives Schmelzen oder Wiederverflüssigen eines Bereichs des ersten Metallpulvers, um erste Höcker auszubilden. Ein zweites Metallpulver wird auf den ersten Höckern aufgebracht und geschmolzen, um zweite Höcker auf den ersten Höckern zu bilden. Eine Maskierungsplatte wird über dem Substrat angebracht, um diejenigen Bereiche der Metallpulver auszuwählen, die geschmolzen werden, und die Metallpulver werden mittels eines Bestrahlungsstrahls geschmolzen. Der mehrschichtige Höcker wird ohne die Notwendigkeit irgendwelcher Nasschemikalien ausgebildet.A method of forming multilayer bumps on a substrate comprises depositing a first metal powder on the substrate and selectively melting or re-liquefying a portion of the first metal powder to form first bumps. A second metal powder is applied to the first bumps and melted to form second bumps on the first bumps. A masking plate is applied over the substrate to select those portions of the metal powders which are melted, and the metal powders are melted by means of an irradiation jet. The multi-layered bump is formed without the need for any wet chemicals.

Description

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden von Höckern auf einer Halbleiterchip- oder Leiterplatten-(PCB-: printed circuit board)Umgebung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Ausbilden von mehrschichtigen Kontaktstellen zur Flip-Chip-Kontaktierung unter Verwendung von Metallpulvern und lokalisierter Bestrahlung.The The present invention relates to a method of forming of humps on a semiconductor chip or printed circuit board (PCB) board) environment. In particular, the present invention relates to a method of forming multi-layer pads for flip-chip contacting using metal powders and localized irradiation.

Eine typische Flip-Chip-Anordnung verwendet eine direkte elektrische Kontaktierung eines Kopf über angeordneten Halbleiterchips auf einem Substrat oder einer Leiterplatte mittels leitfähiger Höcker. Im Allgemeinen wird eine Flip-Chip-Anordnung in drei Stufen ausgebildet, d.h. Ausbilden von Höckern auf einem Chip, Anbringen des behöckerten Chips an einer Platine oder einem Substrat und Auffül len des unter dem behöckerten Chip verbleibenden Raumes mit einem elektrisch nicht leitfähigen Material.A typical flip-chip arrangement uses a direct electrical Contacting a head over arranged semiconductor chips on a substrate or a printed circuit board by means of conductive Cusps. in the Generally, a flip-chip assembly is formed in three stages, i.e. Forming bumps on a chip, attaching the humped Chips on a board or a substrate and Auffül len of the the humped Chip remaining space with an electrically non-conductive material.

Ein leitfähiger Höcker hat in einer Flip-Chip-Anordnung mehrere Funktionen, wie etwa Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Halbleiterchip und einem Substrat und Bereitstellen eines thermisch leitfähigen Pfades, um Wärme von dem Halbleiterchip an das Substrat abzuführen. Der Höcker stellt auch einen Teil der mechanischen Anbringung auf dem Substrat dar und wirkt als ein Abstandshalter zum Verhindern eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Halbleiterchip und den Leitern des Substrats.One conductive cusp has in a flip-chip arrangement several functions, such as providing an electrical connection between a semiconductor chip and a substrate and providing a thermally conductive Path to heat dissipate from the semiconductor chip to the substrate. The cusp also provides a part the mechanical attachment to the substrate and acts as a Spacer for preventing electrical contact between the semiconductor chip and the conductors of the substrate.

Es gibt viele Verfahren zum Ausbilden von Höckern auf einem Wafer-Substrat. Ein Verfahren zum Ausbilden von Höckern umfasst ein Ausbilden einer Photoresistschicht, die Öffnungen aufweist, die mit Bondflecken auf dem Wafer-Substrat fluchten, Anbringen einer Lötpaste in den Öffnungen mittels Siebdruck und Schmelzen oder Wiederverflüssigen der Lötpaste, um einen Höcker auszubilden. Die Öffnungen können durch Bestrahlen und Entwickeln des Photoresist ausgebildet werden.It There are many methods of forming bumps on a wafer substrate. A method of forming bumps includes forming a bump Photoresist layer, the openings which are aligned with bonding pads on the wafer substrate, attaching a soldering paste in the openings by screen printing and melting or re-liquefying the solder paste, around a cusp train. The openings can be formed by irradiating and developing the photoresist.

Das Problem dieses Verfahrens ist, dass zur Bearbeitung jedes Stücks des Wafer-Substrats eine neue Photoresistschicht erforderlich ist. Ein weiteres Problem ist die Notwendigkeit, die Photoresistschicht durch chemische Lösungen zu entfernen, was Chemieabfall erzeugt. Ein noch weiteres Problem ist, dass der Höckerüberstand (Höckerhöhe) von der Dicke der Photoresistmaske abhängt. Um einen höhe ren Überstand zu erreichen, ist eine dickere Photoresistschicht erforderlich.The Problem of this procedure is that to process each piece of the Wafer substrate a new photoresist layer is required. One Another problem is the need to penetrate the photoresist layer chemical solutions to remove what generates chemical waste. Another problem is that the bump supernatant (Hump height) of the thickness of the photoresist mask depends. To a higher supernatant To achieve this, a thicker photoresist layer is required.

Wenn jedoch eine kleine oder feine Teilung (Höckerabstand) gefordert ist, ist die maximal mögliche Dicke der Photoresistschicht beschränkt. In der Praxis haben die Öffnungen in der Photoresistschicht typischerweise eine umgekehrt konische Form, d.h. die Öffnungen laufen auf ein schmales Ende bei den Bondflecken zu. Es gibt daher eine Abwägung zwischen hohem Überstand und einer kleinen Teilung.If However, a small or fine pitch (cusp spacing) is required, is the maximum possible Thickness of the photoresist layer limited. In practice, the openings have in the photoresist layer, typically a reverse conical Form, i. the openings run towards a narrow end at the bond spots. There are therefore a tradeoff between high supernatant and a small division.

Ein weiteres Verfahren zum Ausbilden von Höckern bezieht ein Mustern einer auf ein Wafer-Substat aufgebrachten zum Ausbilden von Höckerstellen sowie Photoresistschicht, Elektroplattieren einer Lötlegierung auf die Höckerstellen ein. Die Photoresistschicht wird dann entfernt, bevor die Lötverbindung wieder verflüssigt wird, um eine Kugel zu bilden. Obgleich diese Elektroplattierungsmethode eine kleine Teilung liefert, ist es ein Problem, dass nasse Chemikalien und/oder Plattierungsbadlösungen erforderlich sind. Weiter beziehen solche chemischen Prozesse gefährliche Materialien ein und müssen sorgfältig kontrolliert werden.One Another method of forming bumps involves patterning a bump on a wafer substrate applied to form bumps and photoresist layer, electroplating a solder alloy on the cusp places one. The photoresist layer is then removed before the solder joint liquefied again is to form a ball. Although this electroplating method is a Small division supplies, it is a problem that wet chemicals and / or plating bath solutions required are. Further, such chemical processes involve dangerous ones Materials and must careful to be controlled.

Im Hinblick auf das Vorangehende wäre es wünschenswert, ein Verfahren zum Ausbilden von Höckern zu haben, das kostengünstig ist und keine nassen Chemikalien einbezieht. Außerdem wäre es wünschenswert, ein Verfahren zu haben, das einen hohen Überstand (Höckerhöhe) und eine kleine oder feine Teilung (Höckerabstand) liefert.in the With regard to the foregoing it desirable to have a method of forming bumps which is inexpensive and does not involve wet chemicals. In addition, it would be desirable to have a method to have that a high supernatant (Hump height) and a small or fine pitch (bump distance) provides.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Die vorliegende Erfindung wird einfacher verstanden werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. Zur Vereinfachung dieser Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Strukturelemente.The The present invention will be understood more readily with reference to FIGS following detailed description in conjunction with the accompanying Drawings. To simplify this description, the same Reference numerals same structural elements.

1 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 11 illustrates an enlarged cross-sectional view of a semiconductor wafer according to one embodiment of the present invention.

2 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht des Halbleiter-Wafers von 1 mit einem ersten Metallpulver gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 11 illustrates an enlarged cross-sectional view of the semiconductor wafer of FIG 1 with a first metal powder according to an embodiment of the present invention.

3 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht des Halbleiter-Wafers von 2 während einer ersten Bestrahlung auf das erste Metallpulver gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 11 illustrates an enlarged cross-sectional view of the semiconductor wafer of FIG 2 during a first irradiation on the first metal powder according to an embodiment of the present invention.

4 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht des Halbleiter-Wafers von 3 mit einem zweiten Metallpulver über ersten Höckern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 11 illustrates an enlarged cross-sectional view of the semiconductor wafer of FIG 3 with a second metal powder over first bumps according to an embodiment of the present invention.

5 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht des Halbleiter-Wafers von 4 während einer zwei ten Bestrahlung auf das zweite Metallpulver gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 illustrates an enlarged cross sectional view of the semiconductor wafer of 4 during a second exposure to the second metal powder according to an embodiment of the present invention.

6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Anzahl von zweischichtigen Metallhöckern, die auf Bondflecken eines Halbleiter-Wafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. 6 FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a number of two-layer metal bumps formed on bonding pads of a semiconductor wafer according to an embodiment of the present invention. FIG.

Detaillierte Beschreibung der Erfindungdetailed Description of the invention

Es wird ein Verfahren zum Ausbilden mehrschichtiger Höcker oder Kontaktstellen auf einem Substrat in einer Halbleiterchip- oder Leiterplatten-(PCB-)Umgebung zur Verfügung gestellt. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details angegeben, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder sämtliche dieser speziellen Details praktiziert werden kann. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Bearbeitungsoperationen nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verdunkeln.It is a method for forming multilayer bumps or Contact points on a substrate in a semiconductor chip or Circuit board (PCB) environment provided. In the following Description, numerous special details are given to one thorough Understanding of to enable the present invention. However, those skilled in the art will understand that the present invention without some or all of these specific details can be practiced. In other cases were well-known machining operations are not described in detail, so as not to obscure the present invention unnecessarily.

Es wird nun Bezug genommen auf 1. Dargestellt ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Halbleiterchip- oder Wafer- oder PCB-Substrats 104 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Substrat 104 enthält eine Anzahl von Bondflecken 108 für definierte Höckerstellen 112, auf denen Höcker ausgebildet werden können. Vor dem Ausbilden der Höcker wird das Substrat 104 gesäubert, um Verunreinigungen, wie etwa Aluminiumoxid, von den Bondflecken 108 zu entfernen.It will now be referred to 1 , Shown is an enlarged cross-sectional view of a semiconductor chip or wafer or PCB substrate 104 according to an embodiment of the present invention. The substrate 104 contains a number of bonding spots 108 for defined cusps 112 on which bumps can be formed. Before forming the bumps, the substrate becomes 104 cleaned to contaminants, such as alumina, from the bonding spots 108 to remove.

Um eine solche Reinigung durchzuführen wird eine mit einer oder mehreren Öffnungen 120 gemusterte Maskierungsplatte 116 über dem Substrat 104 angebracht, sodass die Öffnungen 120 mit den Höckerstellen 112 fluchten. Ein lokalisierter Bestrahlungsstrahl 124, wie etwa ein Infrarot- oder Laserstrahl, wird über der Maskierungsplatte 116 bereitgestellt und auf die Höckerstellen 112 gerichtet. Der Strahl 124 brennt jegliche Verunreinigungen von den Flecken 108 weg.To perform such cleaning, one with one or more openings 120 patterned masking plate 116 above the substrate 104 attached so that the openings 120 with the cusp places 112 aligned. A localized radiation beam 124 , such as an infrared or laser beam, is above the masking plate 116 provided and on the Höckerstellen 112 directed. The beam 124 burns any contaminants from the stains 108 path.

Die Öffnungen 120 erlauben es, dass der Bestrahlungsstrahl durchgeht auf die Höckerstellen 112, während die Maskierungsplatte 116 den Strahl gegen eine Bestrahlung des Restes des Substrats 104 blockt. Die Maskierungsplatte 116 kann aus Metall oder Keramikmaterial gemacht sein und kann eine Dicke von etwa 500 Mikrometer bis etwa 1 Millimeter aufweisen. Die Öffnungen 120 können für eine nahe Übereinstimmung mit der Größe der Bondflecken 108 Durchmesser von etwa 40 Mikrometer bis etwa 60 Mikrometer aufweisen.The openings 120 allow the radiation beam to pass through to the bumps 112 while the masking plate 116 the beam against irradiation of the rest of the substrate 104 blocks. The masking plate 116 may be made of metal or ceramic material and may have a thickness of about 500 microns to about 1 millimeter. The openings 120 can for a close match with the size of the bond patch 108 Diameter from about 40 microns to about 60 microns.

Es wird nun Bezug genommen auf 2. Dargestellt ist eine Querschnittsansicht des Substrats 104 mit einem ersten Metallpulver 128. Das erste Metallpulver 128 ist über dem Substrat 104 aufgebracht, um eine im wesentlichen einheitliche Schicht über den Höckerstellen 112 zu bilden. Eine Maskierungsplatte 132 mit Öffnungen 136 ist über dem Substrat 104 aufgebracht, sodass die Öffnungen 136 auf der Maskierungsplatte 132 mit den Höckerstellen 112 ausgerichtet sind. Die Maskierungsplatte 132 kann dieselbe sein, wie die Maskierungsplatte 116, die verwendet wird, um den Be strahlungsstrahl 124 zu regulieren, wie in 1 beschrieben.It will now be referred to 2 , Shown is a cross-sectional view of the substrate 104 with a first metal powder 128 , The first metal powder 128 is above the substrate 104 applied to a substantially uniform layer over the bumps 112 to build. A masking plate 132 with openings 136 is above the substrate 104 Applied so that the openings 136 on the masking plate 132 with the cusp places 112 are aligned. The masking plate 132 may be the same as the masking plate 116 which is used to irradiate the beam 124 to regulate, as in 1 described.

Das erste Metallpulver 128 umfasst vorzugsweise Kupfer oder Lot mit hohem Bleianteil und weist eine Partikelgröße von 5 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer auf. Obgleich andere Partikelgrößen ebenfalls benutzt werden können, sollte verstanden werden, dass größere Partikelgrößen zu größeren Höckergrößen und einer größeren Höckerteilung führen können. Typischerweise, wenngleich nicht darauf beschränkt, weist das als erstes Metallpulver 128 gewählte Metallpulver einen Schmelzpunkt von wenigstens etwa 300° Celsius auf.The first metal powder 128 preferably comprises high lead content copper or solder and has a particle size of from 5 microns to about 10 microns. Although other particle sizes may also be used, it should be understood that larger particle sizes may result in larger bump sizes and larger bump spacing. Typically, although not limited to, this is the first metal powder 128 selected metal powders have a melting point of at least about 300 ° Celsius.

Es wird Bezug genommen auf 3. Dargestellt ist eine Querschnittsansicht des Substrats 104 während einer ersten Bestrahlung des ersten Metallpulvers 128. Ein erster Bestrahlungsstrahl 140 wird durch die Maskierungsplatte (132 oder 116) geschossen, die den Strahl 140 auf ausgewählte Bereiche des ersten Metallpulvers 128 durch die Öffnungen (136 oder 120) lenkt. Die ausgewählten Bereiche des ersten Metallpulvers 128 werden so geschmolzen und wieder verflüssigt, um eine Anzahl erster Höcker 150 auf den Bondflecken 108 zu bilden. Der erste Bestrahlungsstrahl 140 kann von irgendeinem Strahltyp sein, der geeignet ist, das erste Metallpulver zu erhitzen und zu schmelzen, wie etwa ein Infrarotstrahl oder ein Laserstrahl. Derzeit wird ein Laserstrahl bevorzugt, da er leicht zu fokussieren ist.It is referred to 3 , Shown is a cross-sectional view of the substrate 104 during a first irradiation of the first metal powder 128 , A first radiation beam 140 is passed through the masking plate ( 132 or 116 ) who shot the beam 140 on selected areas of the first metal powder 128 through the openings ( 136 or 120 ) steers. The selected areas of the first metal powder 128 are melted and liquefied to a number of first humps 150 on the bond pads 108 to build. The first radiation beam 140 may be of any type of jet capable of heating and melting the first metal powder, such as an infrared ray or a laser beam. Currently, a laser beam is preferred because it is easy to focus.

Es wird nun Bezug genommen auf 4. Dargestellt ist eine Querschnittsansicht des Substrats 104 mit einem zweiten Metallpulver 228, das über dem Substrat 104 und den ersten Höckern 150 aufgebracht ist. Das zweite Metallpulver 228, das vorzugsweise einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das erste Metallpulver 128, wird über den ersten Höckern 150 aufgebracht, etwa durch Berieselung. Typischerweise, jedoch nicht hierauf beschränkt, kann der Schmelzpunkt für das zweite Metallpulver 228 im Bereich von etwa 150° Celsius bis etwa 200° Celsius liegen.It will now be referred to 4 , Shown is a cross-sectional view of the substrate 104 with a second metal powder 228 that over the substrate 104 and the first humps 150 is applied. The second metal powder 228 which preferably has a lower melting point than the first metal powder 128 , gets over the first humps 150 applied, for example by sprinkling. Typically, but not limited to, the melting point for the second metal powder 228 ranging from about 150 ° Celsius to about 200 ° Celsius.

Das zweite Metallpulver 228 kann ein eutektisches Lot (z.B. Zinn-Blei) sein mit einer Partikelgröße von etwa 5 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer; man sollte jedoch verstehen, dass eine größere Partikelgröße zu größerer Höckergröße und Höckerteilung führen kann. Die Maskierungsplatte 232 wird über dem zweiten Metallpulver 228 angebracht, sodass Öffnungen 236 in der Maskierungsplatte 232 mit den ersten Höckern 150, auf denen zweite Höcker 250 ausgebildet werden, fluchten. Die Maskierungsplatte 232 kann dieselbe sein wie die Maskierungsplatte 116, wie beschrieben in 1 oder die Maskierungsplatte 132, wie beschrieben in 2, oder beide.The second metal powder 228 may be a eutectic solder (eg, tin-lead) having a particle size of about 5 microns to about 10 microns; however, one should understand that a larger par may lead to larger hump size and Höckerteilung. The masking plate 232 becomes over the second metal powder 228 attached so that openings 236 in the masking plate 232 with the first humps 150 on which second humps 250 be trained, be cursed. The masking plate 232 may be the same as the masking plate 116 as described in 1 or the masking plate 132 as described in 2 , or both.

Es wird nun Bezug genommen auf 5. Dargestellt ist eine Querschnittsansicht des Substrats 104 während einer zweiten Bestrahlung des zweiten Metallpulvers 228. Ein zweiter Bestrahlungsstrahl 204 wird durch die Maskierungsplatte (232, 132 oder 116) geschossen, die den Bestrahlungsstrahl 240 auf ausgewählte Bereiche des zweiten Metallpulvers 228 durch die Öffnungen (236, 136 oder 120) lenkt. Die ausgewählten Bereiche des zweiten Metallpulvers 228 werden so geschmolzen und wieder verflüssigt, um eine Anzahl zweiter Höcker 250 auf den ersten Höckern 150 zu bilden. Weil das zweite Metallpulver 228 einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das erste Metallpulver 128, schmelzen die ersten Höcker 150 nicht, wenn das zweite Metallpulver 228 geschmolzen oder wieder verflüssigt wird, um den zweiten Satz von Höckern 250 zu bilden.It will now be referred to 5 , Shown is a cross-sectional view of the substrate 104 during a second irradiation of the second metal powder 228 , A second radiation beam 204 is passed through the masking plate ( 232 . 132 or 116 ) shot the radiation beam 240 on selected areas of the second metal powder 228 through the openings ( 236 . 136 or 120 ) steers. The selected areas of the second metal powder 228 are then melted and liquefied to a number of second humps 250 on the first humps 150 to build. Because the second metal powder 228 has a lower melting point than the first metal powder 128 , the first humps are melting 150 not if the second metal powder 228 melted or reflowed to the second set of humps 250 to build.

Der zweite Bestrahlungsstrahl 240 kann ein Infrarotstrahl oder ein Laserstrahl sein, der das zweite Metallpulver 228 auf eine Stufe aufheizt, bei der es ausreichend geschmolzen wird, um sich mit den ersten Höckern 150 zu verbinden. Die zweiten Höcker 250 werden dann abgekühlt, um ein Verfestigen zu gestatten. Schließlich werden die ungeschmolzenen Bereiche der ersten und zweiten Metallpulver 128a und 228a beispielsweise durch Druckluft oder Rotieren entfernt.The second radiation beam 240 may be an infrared ray or a laser beam containing the second metal powder 228 heats up to a stage where it is sufficiently melted to catch up with the first humps 150 connect to. The second hump 250 are then cooled to allow solidification. Finally, the unmelted areas of the first and second metal powders become 128a and 228a for example, removed by compressed air or rotating.

Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Höcker auf einer Fleckenmetallurgie ausgebildet werden, die auf den Bondflecken 108 bereitgestellt wird. Die Fleckenmetallurgie, auch bekannt als Unterhöckermetallisierung (UBM: under-bump metallization), schützt das Substrat 104 und stellt eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Höckern und einem externen Substrat, wie etwa einer Leiterplatte (PCB) dar. Die UBM umfasst im Allgemeinen aufeinanderfolgende Schichten aus Metall, die auf Bondflecken 108 mittels dem Fachmann bekannter Methoden ausgebildet werden.In another embodiment of the present invention, the bumps may be formed on spotting metallurgy on the bond pads 108 provided. Spotted metallurgy, also known as under-bump metallization (UBM), protects the substrate 104 and represents an electrical and mechanical connection between the bumps and an external substrate, such as a printed circuit board (PCB). The UBM generally comprises successive layers of metal bonded to bond pads 108 be formed by means of methods known in the art.

Bei einer anderen Ausführungsform kann der oben beschriebene Bestrahlungsstrahl zum Schmelzen oder Wiederverflüssigen der Metallpulver (128, 228) und zum Reinigen von Höckerstellen 112 ersetzt werden durch einen programmierbaren Einzellaserstrahl. Mit dem programmierbaren Einzellaserstrahl kann Wärme zum Schmelzen der Metallpulver (128, 228) präziser auf die Höckerstellen 112 gerichtet werden. Bereiche der Metallpulver (128, 228) können so zum Ausbilden der Höcker (150, 250) selektiv geschmolzen werden, ohne dass notwenig eine Maskierungsplatte erforderlich wäre, um die Wärmeexposition zu regulieren.In another embodiment, the above-described radiation beam for melting or re-liquefying the metal powder ( 128 . 228 ) and for cleaning cusps 112 be replaced by a programmable single laser beam. The programmable single laser beam can heat to melt the metal powder ( 128 . 228 ) more precise on the bumps 112 be directed. Areas of metal powder ( 128 . 228 ) can be used to form the bumps ( 150 . 250 ) can be selectively melted without the need for a masking plate to regulate heat exposure.

Es wird Bezug genommen auf 6. Dargestellt ist eine Querschnittsansicht einer Anzahl von zweischichtigen, metallischen Höckern 350, die auf den Bondflecken 108 auf dem Substrat 104 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebracht sind. Jeder zweischichtige Höcker 350 enthält einen ersten Höcker 150, der mit dem Bondflecken 108 gekoppelt ist und einen zweiten Höcker 250, der auf dem ersten Höcker 150 ausgebildet und mit diesem gekoppelt ist. Beispielsweise in einer Flip-Chip-Anordnung stellen die zweischichtigen Höcker 350 Verbindungsstellen für eine elektrische Verbindung des Halbleitersubstrats 104 mit einem externen Substrat in einer elektronischen Baueinheit zur Verfügung. Im Allgemeinen liefert der erste Höcker 150 einen Überstand, während der zweite Höcker 250 eine Lotverbindungsformation liefert.It is referred to 6 , Shown is a cross-sectional view of a number of two-layer metallic bumps 350 on the bond pads 108 on the substrate 104 according to an embodiment of the present invention are applied. Each two-layered hump 350 contains a first hump 150 the one with the bond patch 108 is coupled and a second hump 250 on the first hump 150 trained and coupled with this. For example, in a flip-chip arrangement, the two-layer bumps 350 Connecting points for an electrical connection of the semiconductor substrate 104 with an external substrate in an electronic assembly available. In general, the first bump delivers 150 a supernatant while the second hump 250 provides a Lotverbindungsformation.

Obgleich der obige Prozess in Beziehung zum Ausbilden von Höckern auf einem Substrat 104 beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auf das Ausbilden von Verbindungen oder Höckern auf PCB-Substraten anwendbar. Der obige Prozess ist auch anwendbar zum Ausbilden einer Verbindungsstelle zwischen mehr als zwei Schichten von Höckern. Bei spielsweise kann ein dritter Höcker der Verbindungsstelle ausgebildet werden, indem ein drittes Metallpulver über dem zweiten Höcker 250 aufgebracht wird und durch selektives Schmelzen oder Wiederverflüssigen eines Bereichs des dritten Metallpulvers.Although the above process is related to forming bumps on a substrate 104 has been described, the present invention is applicable to the formation of bonds or bumps on PCB substrates. The above process is also applicable to forming a joint between more than two layers of bumps. In example, a third bump of the joint can be formed by a third metal powder over the second bump 250 is applied and by selectively melting or re-liquefying a portion of the third metal powder.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere vorteilhaft, um Prozesskosten zu reduzieren, da sie minimales Werkzeug erfordert, keine nasschemischen Prozesse einbezieht und eine wiederverwendbare Maskierungsplatte benutzt. Die Maskierungsplatte kann eliminiert werden, wenn ein programmierbarer Einzellaserstrahl verwendet wird, um die Metallpulver selektiv zu schmelzen.The The present invention is particularly advantageous for process costs because it requires minimal tools, no wet chemical Involves processes and a reusable masking plate used. The masking plate can be eliminated if a Programmable single laser beam is used to make the metal powder to selectively melt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der hohe Überstand, der durch zwei- oder mehrschichtige Höcker im Vergleich zu einschichtigen Höckern erreicht werden kann. Bei hohen Temperaturen werden der Siliziumwafer und die Höcker thermisch-mechanischer Spannung, verursacht durch unterschiedliche Ausdehnungsraten in dem Siliziumwafer und einer externen Oberfläche, wie etwa einer PCB, ausgesetzt. Die unterschiedlichen Ausdehnungsraten sind verursacht durch Fehlanpassung von thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE: coefficients of thermal expansion) in unterschiedlichen Materialien. Exzessive Spannung kann Siliziumbruch oder Höckerbruch verursachen. Ein hoher Überstand mildert die durch CTE-Fehlanpassung verursachte Spannung und verbessert daher die Zuverlässigkeit der Höckerverbindung.Another advantage of the present invention is the high supernatant that can be achieved by bilayer or multilayer bumps compared to single layer bumps. At high temperatures, the silicon wafer and bumps are subjected to thermal-mechanical stress caused by different rates of expansion in the silicon wafer and an external surface, such as a PCB. The different expansion rates are caused by mismatch of thermal expansion coefficients (CTE: coefficients of thermal expansion) in different materials. Excessive stress can cause silicon breakage or bump failure. A high protrusion mitigates the stress caused by CTE mismatch and therefore improves the reliability of the bump bond.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung sind reduzierte Höckergröße und Höckerteilung. Durch Ausbilden des zweiten Höckers 250 auf dem ersten Höcker 150 wird ein hoher Überstand erreicht, ohne die Höckergröße oder den Durchmesser zu vergrößern. Dies erlaubt einerseits eine kleinere oder feinere Höckerteilung, die im Bereich von etwa 50 Mikrometern bis etwa 75 Mikrometern liegt, abhängig von der verwendeten Metallpulverpartikelgröße und der Auflösung der Öffnungen der Maskierungsplatte. Bei der Ausführungsform, bei der ein programmierbarer Laserstrahl verwendet wird, hängt die Höckergröße und -teilung von der Auflösung des Laserstrahls ab.Another advantage of the present invention is reduced hump size and bump spacing. By forming the second hump 250 on the first hump 150 a high supernatant is achieved without increasing the hump size or the diameter. This allows, on the one hand, a smaller or finer bump pitch, ranging from about 50 microns to about 75 microns, depending on the metal powder particle size used and the resolution of the masking plate openings. In the embodiment where a programmable laser beam is used, the bump size and pitch depends on the resolution of the laser beam.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind für den Fachmann aus den Überlegungen der Beschreibung der Praxis der Erfindung erkennbar. Weiter wurde eine bestimmte Terminologie zum Zwecke der Beschreibungsklarheit verwendet und nicht, um die vorliegende Erfindung zu beschränken. Die oben beschriebenen Ausführungsformen und bevorzugten Merkmale sollten als beispielhaft betrachtet werden, wobei die Erfindung durch die anhängenden Ansprüche definiert wird.Further embodiments of the invention are for the expert from the considerations the description of the practice of the invention recognizable. Next was a certain terminology for the purpose of descriptive clarity used and not to limit the present invention. The above described embodiments and preferred features should be considered exemplary the invention being defined by the appended claims becomes.

Claims (20)

Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers auf einem Substrat, umfassend: Aufbringen eines ersten Metallpulvers auf dem Substrat, Schmelzen des ersten Metallpulvers, um einen ersten Höcker auszubilden, Aufbringen eines zweiten Metallpulvers über wenigstens dem ersten Höcker und Schmelzen des zweiten Metallpulvers, um einen zweiten Höcker auf dem ersten Höcker auszubilden, wobei der ersten Höcker und der zweite Höcker den zweischichtigen Höcker bilden.Method for forming a two-layered cusp on a substrate, comprising: Applying a first metal powder on the substrate, Melting of the first metal powder to a first hump form, Applying a second metal powder over at least the first hump and Melting of the second metal powder to a second bump on the first hump form, with the first hump and the second hump the two-layered hump form. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 1, wobei das Schmelzen des ersten Metallpulvers weiter umfasst: Platzieren einer ersten Maskierungsplatte über dem Substrat, wobei die erste Maskierungsplatte wenigstens eine Öffnung aufweist, und Schmelzen eines ausgewählten Bereichs des ersten Metallpulvers durch Bestrahlen des ausgewählten Bereichs durch die wenigstens eine Öffnung.A method of forming a bilayered bump according to claim 1, wherein the melting of the first metal powder further comprises: Place a first masking plate over the substrate, wherein the first masking plate has at least one opening, and Melting of a selected one Area of the first metal powder by irradiating the selected area through the at least one opening. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 2, wobei das Schmelzen des zweiten Metallpulvers weiter umfasst: Platzieren einer zweiten Maskierungsplatte über dem Substrat, wobei die zweite Maskierungsplatte wenigstens eine Öffnung aufweist, und Schmelzen eines ausgewählten Bereichs des zweiten Metallpulvers durch Bestrahlen des ausgewählten Bereichs durch die Öffnung der zweiten Maskierungsplatte.A method of forming a bilayered bump according to claim 2, wherein the melting of the second metal powder further comprises: Place a second masking plate over the substrate, wherein the second masking plate has at least one opening, and Melting of a selected one Area of the second metal powder by irradiating the selected area through the opening the second masking plate. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 3, wobei ein Schmelzpunkt des zweiten Metallpulvers niedriger ist als ein Schmelzpunkt des ersten Metallpulvers.A method of forming a bilayered bump according to claim 3, wherein a melting point of the second metal powder is lower as a melting point of the first metal powder. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 1, wobei das erste Metallpulver und das zweite Metallpulver jeweils eine Partikelgröße zwischen etwa 5 Mikrometern und etwa 10 Mikrometern aufweisen.A method of forming a bilayered bump according to claim 1, wherein the first metal powder and the second metal powder respectively a particle size between about 5 microns and about 10 microns. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 5, wobei das erste Metallpulver Kupfer oder ein Lot mit hohem Bleigehalt aufweist und wobei der zweite Höcker ein eutektisches Lot umfasst.A method of forming a bilayered bump according to claim 5, wherein the first metal powder copper or a solder with a high lead content and wherein the second hump includes a eutectic lot. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 1, weiter umfassend Reinigen eines Bondfleckens auf dem Substrat vor dem Aufbringen des ersten Metallpulvers.A method of forming a bilayered bump according to claim 1, further comprising cleaning a bonding patch on the substrate before the application of the first metal powder. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 7, wobei der Reinigungsschritt ein Bestrahlen des Bondfleckens umfasst, um jegliche Verschmutzungen darauf wegzubrennen.A method of forming a bilayered bump according to claim 7, wherein the cleaning step comprises irradiating the bonding patch, to burn off any dirt on it. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 1, wobei das Schmelzen des ersten Metallpulvers weiter ein Bestrahlen eines Bereichs des ersten Metallpulvers mit einem programmierbaren Einzellaserstrahl umfasst.A method of forming a bilayered bump according to claim 1, wherein the melting of the first metal powder further irradiates a portion of the first metal powder with a programmable Includes single laser beam. Verfahren zum Ausbilden eines zweischichtigen Höckers gemäß Anspruch 1, weiter umfassend ein Entfernen jeglicher auf dem Substrat verbliebener ungeschmolzener Bereiche des ersten und zweiten Metallpulvers.A method of forming a bilayered bump according to claim 1, further comprising removing any unmelted remaining on the substrate Areas of the first and second metal powders. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat mit einem Bondflecken und einen auf dem Bondflecken ausgebildeten, zweischichtigen Höcker, wobei der zweischichtige Höcker einen mit dem Bondflecken gekoppelten ersten Höcker und einen mit dem ersten Höcker gekoppelten zweiten Höcker umfasst, wobei der zweite Höcker aus einem Material gebildet ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, als das Material, das den ersten Höcker bildet.A semiconductor device, comprising: a substrate with a bond patch and one trained on the bond patch, two-layered hump, the two-layered hump one coupled with the bond patch first hump and one with the first cusp coupled second hump includes, wherein the second hump out a material is formed, which has a lower melting point than the material forming the first bump. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der erste Höcker durch Schmelzen eines auf dem Substrat aufgebrachten, ersten Metallpulvers ausgebildet ist und der zweite Höcker durch Schmelzen eines über dem ersten Höcker aufgebrachten, zweiten Metallpulvers ausgebildet ist.The semiconductor device according to claim 10, wherein the first cusp formed by melting a deposited on the substrate, the first metal powder is and the second hump by melting one over the first hump applied, second metal powder is formed. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei das erste und zweite Metallpulver jeweils eine Partikelgröße zwischen etwa 5 Mikrometer und etwa 10 Mikrometer aufweisen.The semiconductor device according to claim 12, wherein the first and second metal powders each have a particle size between about 5 microns and about 10 microns. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei der erste Höcker Kupfer oder ein Lot mit hohem Bleigehalt umfasst und der zweite Höcker ein eutektisches Lot umfasst.The semiconductor device according to claim 13, wherein the first cusp Copper or a lead with high lead content and the second cusp includes a eutectic lot. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das erste Metallpulver einen Schmelzpunkt von über 300° Celsius hat.A semiconductor device according to claim 13, wherein said first Metal powder has a melting point of over 300 ° Celsius. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei das zweite Metallpulver einen Schmelzpunkt zwischen etwa 150° Celsius und etwa 200° Celsius aufweist.The semiconductor device according to claim 15, wherein the second Metal powder has a melting point between about 150 ° Celsius and about 200 ° Celsius. Verfahren zum Ausbilden einer mehrschichtigen Verbindungsstelle auf einem Substrat, umfassend: Aufbringen eines ersten Metallpulvers auf dem Substrat, Bestrahlen eines ausgewählten Bereichs des ersten Metallpulvers, um einen ersten Höcker auszubilden, Aufbringen eines zweiten Metallpulvers über dem ersten Höcker und Bestrahlen des zweiten Metallpulvers, um einen zweiten Höcker auf dem ersten Höcker auszubilden, wobei der erste Höcker und der zweite Höcker eine mehrschichtige Verbindungsstelle bilden.Method of forming a multilayer joint on a substrate, comprising: Applying a first metal powder on the substrate, Irradiating a selected region of the first metal powder, around a first hump form, Applying a second metal powder over the first cusp and Irradiating the second metal powder to a second cusp on the first hump form, with the first hump and the second hump form a multilayer junction. Verfahren zum Ausbilden einer mehrschichtigen Verbindungsstelle gemäß Anspruch 17, wobei das erste und das zweite Metallpulver mit einem Bestrahlungsstrahl bestrahlt werden, der durch eine Öffnung einer Maskierungsplatte, die über dem Substrat angeordnet ist, gerichtet wird.Method of forming a multilayer joint according to claim 17, wherein the first and the second metal powder with an irradiation beam irradiated through an opening of a masking plate, the above the substrate is arranged, is directed. Verfahren zum Ausbilden einer mehrschichtigen Verbindungsstelle gemäß Anspruch 17, wobei ein Schmelzpunkt des zweiten Metallpulvers niedriger ist als ein Schmelzpunkt des ersten Metallpulvers.Method of forming a multilayer joint according to claim 17, wherein a melting point of the second metal powder is lower as a melting point of the first metal powder. Verfahren zum Ausbilden einer mehrschichtigen Verbindungsstelle gemäß Anspruch 17, wobei das erste Metallpulver und das zweite Metallpulver jeweils eine Partikelgröße zwischen etwa 5 Mikrometer und etwa 10 Mikrometer aufweisen.Method of forming a multilayer joint according to claim 17, wherein the first metal powder and the second metal powder respectively a particle size between about 5 microns and about 10 microns.
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